一种增强USB 2.0延长传输的方案及应用实例

背景

USB 2.0应用限制主要在于传输距离近和抗干扰性差两方面,业内对其传输能力普遍共识为USB线缆长度不超过5 m;USB 2.0为DC耦合,主从端必须共地,共地则依靠传输线缆实现,所以地上的电压波动会引起传输误码,同时信号线从芯片管脚引出直接对外,也增加芯片接口保护的复杂度,因此需要有效解决方案。


一种增强USB 2.0延长传输的方案及应用实例

1 技术原理


增强型USB 2.0接口传输性能的方案从物理层直接对信号本身进行增强,不解析USB协议,通过自主知识产权AC耦合技术和编解码技术,提升传输可靠性。AC耦合可消除传输线缆上的共模干扰电压,提高可靠性,避免因高压或地线上浪涌损坏。


NS1021在2个互联的USB 2.0设备间提供1条高速透明通道,且对其两端USB设备来说,兼容任何USB 2.0主机、设备及Hub(集线器),无需安装驱动。NS1021在PC机与移动硬盘传输系统中的应用如图1所示。


通过对比可知,使用NS1021不影响传输速度。

一种增强USB 2.0延长传输的方案及应用实例

图2 使用NS1021的系统中USB 2.0接口的眼图

2 测试效果


使用NS1021的系统中USB 2.0接口的眼图如图2所示,可以看出,经过长距离传输,信号质量并没有受到影响。

NS1021系列芯片的传输机制不仅能够保证USB 2.0最大480 Mbit/s传输速率,还做到传输零延时和避免协议解析造成的兼容性问题,且USB协议原有的良好的容错机制得到保留。其中NS1021采用1对双绞线传输,最大传输距离50 m;


NS1021E采用2对双绞线,最大传输距离40 m,均可连接hub使用,可以配合hub支持低速/全速/高速三种速度规格,QFN32(5x5)封装,外围电路简单;芯片内置电源模块,只需5 V供电;各管脚均达到8 kV HBM ESD的性能标准。


3. 视频会议系统应用


视频会议系统涉及多种音视频流和控制流,而传输距离一般超过5 m,因此传统应用较多地考虑以太网传输,后者涉及复杂的音视频编解码和网络传输业务,会影响时效性且增加系统开发和维护难度。


借助NS1021/1021E信号增强特性,允许使用者在设备端与PC之间使用Cat5线缆传输数据,如图4所示为新型视频会议系统延长传输应用,由于涉及音视频信号、控制信号传输和存储设备访问,部分传输为双向,比KVM系统更复杂。该应用直接使用USB接口传输,无需额外增加协议解析环节,而且,USB2.0的带宽更高,因此本方案比百兆以太网更有优势。


一种增强USB 2.0延长传输的方案及应用实例

图3

4 新兴应用实例


NS1021系列芯片使USB 2.0抗干扰性显著提高,催生一些原本无长距离传输需求新兴应用,使得NS1021/NS1021E成为为设备间的互联接口的刚需。


4.1 车载USB应用

USB 2.0在传输速率、功耗及通用性上远超过100Mbit/s车载以太网,但业内一般认为USB难以满足车载对可靠性的严格要求而未能广泛应用。


4.2 混合有源光缆应用

近年来USB3.1接口已在PC机上普及,提升了其与外部设备间数据交换速度,并且得益于有源光缆(AOC)的应用,将高带宽的USB 3.1数据流通过光纤传输,利于延长传输距离和增强抗干扰性。

一种增强USB 2.0延长传输的方案及应用实例

4 结语

IP核心网转发处理能力强,但控制面和管理面处理能力有限,同时IP网络对接入终端缺乏认证授权机制,导致任何终端均可随意接入网络,IP网络通信节点众多,通信协议层出不穷。网络的开放性和复杂性,对运营商的管理和运维提出了更高要求,在进行网络安全加固的过程中,应保证设计配置方案最大限度的满足安全要求,确保安全加固目标服从业务目标,提升互联网用户的感知水平,打造高质量的网络品牌口碑。

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页面更新:2024-04-12

标签:双绞线   抗干扰   终端   以太网   可靠性   线缆   芯片   视频会议系统   信号   接口   距离   协议   方案   设备   系统   科技   网络

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